다기능성 농업용 미생물 제제를 개발하기 위하여 항진균능을 가진 불용성 인산 가용화 세균을 식물의 근권 토양으로부터 분리하였다. 분리균주의 분류학적 위치를 검토한 결과, Pseudomonas fluorescens RAF15로 동정되었다. P. fluorescens RAF15는 농작물의 잿빛곰팡이병균 Botrytis cinerea와 줄기썩음병균 Rhizoctonia solani의 생육을 억제할 수 있었다. 불용성 인산인 $Ca_3(PO_4){_2}$로부터 가용성 인산을 생성하기 위한 최적 배지 및 배양조건은 glucose 1.5%, urea 0.005%, $MgCl_2{\cdot}6H_2\;0.3%,\;MgSO_4{\cdot}7H_2O\;0.01%,\;CaCl_2{\cdot}2H_2O$ 0.01%, NaCl 0.05%, 배양온도 $30^{\circ}C$ 및 초기 pH 7.0이었으며, 최적조건에서 배양 5일 후 863 mg/L의 가용성 인산이 생성되었다. 불용성 인산 가용화는 유기산 생성에 의한 배양액의 pH 감소와 밀접한 관계가 있었다. P. fluorescens RAF15는 $10-35^{\circ}C$, 1-4% 염 농도 및 pH 2.0-11.0의 범위에서도 가용성 인산을 생성할 수 있었다. 본 균주는 $CaHPO_4,\;Ca_3(PO_4){_2}$ 및 hydroxyapatite에서 각각 971-1121 mg/L, 791-908 mg/L 및 844 mg/L의 가용성 인산을 생성하였다. 그러나 $FePO_2$ 및 $AlPO_4$의 경우, 생성된 가용성 인산의 농도는 각각 18 mg/L, 5 mg/L이었다.
In the process of the incorporation of orthophsphate into protein and other cell constituents, the role of inorganic polyphosphate and RNA-polyphosphate complex and the correlation between them were pursued by analyzing the contents of $^{32}P$ and total P in various fractions of Chlorella cells, which had been uniformly labeled with $^{32}P$ before the inoculation in a normal "cold" medium or P-free medium during the culture. The effects of ionizing radiation and various micronutritional-element deficiencies on the phosphate incorporation into, and biosynthesis of, protein and other introgenus compounds in the cells were also observed. When the uniformly $^{32}P$-labeled algae were grown in a normal "cold" medium the contents of $^{32}$ P in the fractions of protein, DNA and RNA-polyphosphate complex increased, but those in the fraction of acid-insoluble polyphosphate decreased. On the other hand, amount of $^{32}P$in the fraction of RNA was almost unchanged in spite of rapid increase of the total P. In the growing period of $^{32}P$-labeled algae in a P-free medium, amounts of $^{32}P$ in the fractions of DNA, protein and lipid increased, while those in the fractions of RNA-polyphosphate and inorganic polyphosphates decreased. When the algal cells were irradiated with about 70, 000r of gamma-rays before the inoculation in the medium, amounts of phosphate in the fractions of DNA, RNA, nucleotides and protein decreased during the culture, compared with those of the control. However, the phosphate content in the fraction of acid-insoluble polyphosphate of the irradiated cells increased than those of the control. In the growing period of the algae in a Mo-free, medium, amounts of acid-soluble total phosphate and nucleotides of the cells increased, while the amounts of residual protein and RNA decresed compared with those of the normal cells. Amounts of alkali-labile protein and phospholipid of the cells grown in a B-free medium decreased, whereas amount of phosphate in acid-soluble fraction increased compared with the control. In general, the contents of protein and RNA in each microelement deficient cells decreased more or less, compared with those in the normal cells.in the normal cells.
The growth conditions of Pantoea aggicmerans, a phosphate solubilizing organism, were studied In our laboratory to determine the optimal conditions. Pantoea aggionerans showed the highest growth rate at 30$\^{C}$, pH 7.0 and 2 vvm, after 50 h cultivation. A certain relationship between pH and phosphate concentration was evident when the glucose concentration in the me dium was changed. Increasing glucose concentration increased the pH buffer action of the broth. At glucose concentrations higher than the optimum concentration of 0.2 M, the cell growth was retarded. P. agglomerans consumed glucose as a substrate to produce organic acids which caused the pH decrease in the culture medium. The phosphate concentration in the medium was increased by the presence of the organic acids, which solubilized insoluble phosphates such as hydroxyapa-tite.
본 연구에서는 P. agglomerans를 이용하여 불용성 인산염인 hydroxyapatite 와 인광석을 가용화 하여 유리 인산을 생산하였고, P. agglomerans를 Ca-alginate에 고정화하여 이를 불용성 인산염을 가용화시키는 가능성올 조사하였다. HY 배지에 서 $30^{\circ}C$, lOOrpm 으로 pH 7에서 48시간 배양한 경우 520mg/L 의 유리인산이 생성되었고 hydroxyapatite 대신 같은 농도의 인광석을 첨가하였을때 생성되는 유리 인산 의 양은 86.09mg/L였다. 또한 P. agglomerans를 Ca-alginate에 고정화하였을 때 HY 배지에서 같은 조건으로 120 시간 동안 계속적으로 인산이 생성되었고 , 이때 생성된 인산의 농도는 74Omg/L였으며, 인광석을 첨가한 경우에서도 182mg/L 정도의 유리 인산이 생성되었다.
PDA-calcium phosphate 평판배지를 이용하여 인산가용화활성을 가진 850종의 세균을 분리한 후 인광석에 대한 인산가용활성이 가장 강한 HS-2 균주를 선발하였다. 선정 균주의 형태학적, 배양학적 및 생리생화학적 특성 등을 조사한 결과 Azotobacter sp. HS-2로 동정되었고, 이 균주을 인광석을 0.1%함유한 Potato dextrose Broth배지 (pH 6.0)에 접종하여 $30^{\circ}C$에서 5일 배양했을 때 인광석이 가장 많이 분해되었고 0.5M의 수산을 첨가했을 때 분해율이 약 50% 증가되었다.
Phosphate-solubilizing bacteria (PSB) have the ability to dissolve insoluble phosphate and enhance soil fertility. However, the growth and mineral phosphate solubilization of PSB could be affected by exogenous soluble phosphate and the mechanism has not been fully understood. In the present study, the growth and mineral phosphate-solubilizing characteristics of PSB strain Burkholderia multivorans WS-FJ9 were investigated at six levels of exogenous soluble phosphate (0, 0.5, 1, 5, 10, and 20 mM). The WS-FJ9 strain showed better growth at high levels of soluble phosphate. The phosphate-solubilizing activity of WS-FJ9 was reduced as the soluble phosphate concentration increased, as well as the production of pyruvic acid. Transcriptome profiling of WS-FJ9 at three levels of exogenous soluble phosphate (0, 5, and 20 mM) identified 446 differentially expressed genes, among which 44 genes were continuously up-regulated when soluble phosphate concentration was increased and 81 genes were continuously down-regulated. Some genes related to cell growth were continuously up-regulated, which would account for the better growth of WS-FJ9 at high levels of soluble phosphate. Genes involved in glucose metabolism, including glycerate kinase, 2-oxoglutarate dehydrogenase, and sugar ABC-type transporter, were continuously down-regulated, which indicates that metabolic channeling of glucose towards the phosphorylative pathway was negatively regulated by soluble phosphate. These findings represent an important first step in understanding the molecular mechanisms of soluble phosphate effects on the growth and mineral phosphate solubilization of PSB.
불용성 인산염인 hydroxyapatite를 분해하여 인산을 생성하는 미생물인 P. agglomerans의 성장에 따른 인산의 생성량을 여러 산으로 처리하였을 때와 비교하여 보았다. P. agglomerans 의 성장에 있어서 필요한 인산의 양은 300mg/L에서 361mg/L 정도의 인산을 소모하였다. 또한 여러 유기 및 무기산으로 4% 의 hydroxyapatite를 처리하였을 때에 0.01N 의 시트르산과 옥살산으로 처리하였을 때 만이 인산의 생성량은 P. agglomerans 에서 보다 높은 각각 702와 537mg/L 이었고 배양후 48 시간이 지났을 때 P. agglomerans 의 유리인산의 최대가용화량은 465mg/L이었다.
Pantoea agglomerans DSM3493 was isolated from green house soils collected from Chungchugnam-do province, Gongju-Gun area in South Korea and phosphate solubilization and organic acid production of the strain were assessed using three types of insoluble phosphate sources (Ca phosphate, Fe phosphate and Al phosphate) under three different pH conditions (7, 8 and 9). The highest Ca phosphate solubilization ($651{\mu}g\;mL^{-1}$) was recorded at pH 7 followed by pH 8 and 9 (428 and $424{\mu}g\;mL^{-1}$ respectively). The solubilization rate was found to be 80.4, 98.1 and $88.7{\mu}g\;mL^{-1}$ (for Fe phosphate containing medium) and 9.3, 12.1 and $29.8{\mu}g\;mL^{-1}$ (for the Al phosphate containing medium) respectively at pH 7, 8 and 9. Though increasing pH of the medium caused reduction in the rate of solubilization of Ca phosphate, solubilization of Fe and Al phosphates enhanced with increasing pH. By contrast, the highest amount of organic acid was produced with Ca phosphate while the lowest was recorded with the presence of Al phosphate. Among the organic acids, gluconic acid production was found to be the highest, followed by oxalic acid and citric acid regardless the source of phosphate. Results can thus be concluded that the production of organic acids appears to play a significant role in the inorganic phosphate solubilization.
E. intermedium 60-2G possessing a strong ability to solubilize insoluble phosphate, has plant growth-promoting activity, induced systemic resistance activity against scab pathogen in cucumber, and antifungal activity against various phytopathogenic fungi. The phosphate solubilizing activity of 60-2G may be mainly accomplished by production of gluconic acid through a direct extracellular oxidation of glucose by glucose dehydrogenase that required a PQQ cofactor for its activation. A pqq gene cluster conferred Phosphate-solubilizing activity in E. coli DH5${\alpha}$ was cloned and sequenced. The 6,783 bP pqq sequence had six open reading frames (from A to F) and showed 50-95% homology to pqq genes from other bacteria. The E. coli strain expressing the pqq genes solubilized phosphate from hydroxyapatite after a pH drop to 4.0, which paralleled in time the secretion of gluconic acid. To study the role of PQQ in biocontrol traits of E. intermedium, PQQ mutants of 60-2G were constructed by marker exchangee mutagenesis. The PQQ mutants of E. intermedium were lost activities of solubilizing phosphate, growth inhibition of phytopathogenic fungi, and plant growth promotion. These findings suggest that PQQ plays an important role, possibly activation of certain enzymes, in several beneficial bacterial traits of E. intermedium by as yet an unknown mechanism.
Phosphorous (P) is considered to be one of the key essential elements demanded by crop plants. Approximately 70 - 90% of phosphatic fertilizers applied to crops are fixed in soil as Ca, Fe, and Al metal cations, which are insoluble and thus not readily available for plant uptake. Therefore, most soils are deficient in plant available P. This is usually rectified by applying phosphate fertilizers continuously, although this is not economically viable or environmentally acceptable. The present paper reviews the mechanisms involved with phosphate solubilization and mineralization by phosphate solubilizing microorganisms (PSMs) with the associated factors that determine the success. PSMs are effectively involved in mediating the bioavailability of soil P. Their contribution includes mineralization of organic P solubilization of inorganic P minerals, and storing sizable amounts of P in biomass through different mechanisms such as the production of organic and inorganic acids, H2S, siderophores, exopolysaccharides, and production of enzymes such as phosphatases, phytase, and phosphonatases/C-P lyases, which are capable of chelating the metal ions, forming complexes, and making plant available P. PSMs manifest a wide range of metabolic functions in different environments, resulting in significantly higher plant growth, enhanced soil properties, and increased biological activities. Therefore, development of bio-inoculants with efficient novel PSM strains and further investigations on exploring such strains from diverse ecological niches with multifunctional plant-growth-promoting traits are needed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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